Залежність теплових ефектів реакцій від температури.

Теплові ефекти хімічних реакцій залежать від температури, при якій вони відбуваються. Причина цього криється в тому, що теплоємності вихідних речовин і продуктів реакції не однакові.

Здебільшого металургійні процеси проводяться не при кімнатній (298 К), а при значно вищих температурах, оскільки реакції окислення-відновлення і розкладу при низьких температурах протікають дуже повільно.

Тому стає задача визначати теплові ефекти реакцій при будь-яких температурах. Це можна зробити за законом Кірхгофа: приріст теплового ефекту при зміні температури на 1 дорівнює різниці між теплоємностями вихідних речовин і продуктів реакції.

(диференційна форма)

∆С – зміна теплоємності продуктів реакції і реагентів

Закон Кірхгофа можна представити рівнянням:

де С_р, - зміна теплоємкості у ході реакції

Другий закон термодинаміки

Як і перший закон термодинаміки, другий закон не може бути виведений теоретично із якихось інших законів, а є узагальненням досвіду всього людства.

Історично другий закон термодинаміки був сформульований раніш за перший. Основні його положення є в роботах М.Ломоносова (1747р.), С.Карно (1824р.), Клаузіуса (1850р.), Томсона (1854р.).

Існують прямі і зворотні теплові цикли. Прямим є двигуни всі, зворотні- холодильники.

Оборотними називаються процеси, які складаються з послідовних рівноважних станів і при протіканні в обох напрямках проходять через одні й ті ж самі проміжні стани. При оборотному процесі система виконує максимальну роботу, вони є найвигідніші і найекономічніші. Тому при конструюванні прагнуть наблизити цикл роботи двигуна до ідеального (цикл Карно), тобто до оборотних процесів.

Формулюється так: тепло не може самочинно переходити від менш нагрітого тіла до більш теплого.

Клаузіус показав, що для ізольованих систем такою функцією може бути ентропія (S).

ККД= ККД=

Тепловий двигун—пристрій для перетворення внутрішньої енергії палива в механічну енергію.

Кожен тепловий двигун має нагрівник, робоче тіло і охолоджувач (мал.58 ). Нагрівник має температуру Т₁ і передає робочому тілу кількість теплоти Q₁. Робоче тіло виконує механічну роботу А і віддає охолоджувачеві, що має температуру Т₂, кількість теплоти Q₂. далі робоче тіло повертається до початкового стану.

Не можна побудувати періодичну діючу машину єдиним результатом дії якої є виконання роботи дії за рахунок одержання теплоти від теплового резервуару.

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна

.

Цикл Карно – цикл, який складається з ізотермічних та адіабатичних процесів (мал.59) У процесі ізотермічного розширення при температурі Т₁, робочому тілу (ідеальному газові) надає­ться кількість теплоти Q₁, а при ізотермічному стисканні при температурі Т₂<Т₁ від газу забирається кількість теплоти Q₂. Термічний коефіцієнт корисної дії циклу не залежить від природи робочого тіла й конструкції ідеального теплового двигуна і дорівнює

ККД будь-якого реального теплового двигуна, який працює при максимальній температурі T₁ і мінімальній температурі T₂, не може перевищувати ККД циклу Карно.

ККД ідеальної теплової машини не може дорівнювати одиниці ( за другим законом термодинаміки).

Вічний двигун (2-го роду) — уявна періодично діюча машина, яка б діставала енергію у вигляді теплоти від одного тіла і повністю, передавала її у формі роботи іншому тілу. Вічний двигун нездійсненний, хоч він формально й не суперечить закону збереження енергії. Принцип дії вічного двигуна 2-го роду суперечить другому принципові ( закону) термодинаміки.

Ентропія системи – це така кількість теплоти, яка перетворюється в таку форму, яка ніколи не може перетворитися в роботу.

Міра необоротності процесу в ізольованих системах, міра хаосу, чим вище ентропія, тим більший хаос.

Математичний вираз першого і другого начал термодинаміки можна виразити рівнянням Гіббса-Гемгольца:

Отже, довільні процеси самочинно відбуваються лише в напрямі зменшення вільної енергії системи. Чим менша вільна енергія, тим більша ентропія, тим стійкіша система.

Домашнє завдання: Каданер- С. 32-40

7